适用于混合仿真的戴维南等值阻抗改进求取算法-电力工程技术.DOC

适用于混合仿真的戴维南等值阻抗改进求取算法 杨洋1，孙静2，杨培栋3，肖湘宁4，潘明明5 (1.国网河北省电力公司经济技术研究院，河北省石家庄市，050021； 2.国网石家庄供电公司，河北省石家庄市，050000； 3.国网邢台供电公司，河北省邢台市，054001； 4.新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)，北京市，102206； 5.中国电力科学研究院，北京市，100192) 摘 要：由于基于机电暂态数据获得的机电侧系统戴维南等值阻抗参数难以体现接口发生故障后机电侧系统的电磁暂态特性，本文提出了一种基于电磁暂态短路仿真的机电-电磁暂态混合仿真机电侧戴维南等值阻抗改进求取算法。该算法是基于一种不受各次谐波影响的系统时间常数求取方法，通过全电磁暂态模型的接口位置设置两次不同接地电阻的三相短路故障，联立时间常数方程计算得到机电侧系统的等值阻抗信息。与传统的基于机电暂态模型通过单位电流注入法计算出的等值阻抗相比，本文方法计算出的等值阻抗能够更准确地体现接口发生接地故障后机电侧系统的电磁暂态特性，从而提升了机电-电磁暂态混合仿真故障期间和故障后的仿真精度关键词：等值阻抗；时间常数；机电-电磁；混合仿真；精度 中图分类号：TM3150 引言 随着我国特高压直流建设的不断推进[1-5]，传统输电网呈现交直流混联的显著特征，直流和交流系统相互影响、紧密耦合，在增加了电网仿真分析的建模难度同时制约了其仿真效率。此外，以四象限全控型逆变装置为显著特色的分布式电源在电网中广泛应用给传统配电网的运行方式带来深刻变革。未来电网的仿真逐渐朝多时间尺度、多空间尺度和电力流与信息流相结合的方向发展，传统的、已然成熟的电力系统仿真工具，在快速发展的电力工业面前，其仿真能力和精度水平日益呈现捉襟见肘之势。 机电-电磁暂态混合仿真作为结合电磁暂态仿真和机电暂态仿真既有研究成果以保证全局仿真规模化和局部仿真精细化的有效手段，自提出以来就受到学术界和工程界的广泛关注。1982年，新英格兰电力公司（New Zealand Electricity）的Herffman[6]等人为了研究直流换流器的动态特性，在机电暂态程序中引入电磁暂态计算过程，当电磁侧发生故障之后，直流系统的电磁暂态程序启动，利用其仿真结果对机电程序对应的直流部分的结果进行修正，从而提高了故障期间机电暂态的计算精度。文献[7]和文献[8]在国内较早系统地研究了机电-电磁暂态混合仿真的相关问题，二者均考虑到了外部等值电路正序和负序等值阻抗不等所引起的不对称等值导纳阵的求解，分别提出采用节点分裂法以及戴维南电势补偿的方式进行解决。此后，中国电科院刘文焯等人[9]通过在诺顿等值电路中附加负序等值导纳与正序等值导纳不等引起的电流源来修正外部等值导纳阵的不对称。基于现有的文献，将外部系统进行戴维南（或者诺顿）等值，是解决外部系统等值的普遍思路。求取戴维南等值阻抗的一般做法是利用外部系统的机电暂态数据获得外部系统节点导纳矩阵，然后利用单位电流注入法或导纳矩阵求逆得到接口处看入的戴维南等值阻抗[10]。考虑到机电暂态建模方法与电磁暂态建模方法存在差异，这种求取方法一定程度上扭曲了外部系统实际的电磁暂态特性，制约了机电-电磁暂态混合仿真精度的进一步提升。 本文首先分析了机电暂态和电磁暂态的元件建模差异，并提出了一种适应各次谐波的求取外部系统时间常数的方法。然后，在电磁暂态仿真环境中对接口母线设置两次不同接地电阻的三相短路故障，计算得到两次短路所对应的机电侧系统时间常数。最后通过联立时间常数的方程计算机电侧系统的等值阻抗。与传统的通过机电暂态数据进行戴维南等值阻抗求解的方法相比，本文提出的方法获得的等值阻抗更加接近外部系统的电磁暂态特性，从而进一步提高了机电-电磁暂态混合仿真故障期间和故障后的仿真精度。 1 机电暂态仿真和电磁暂态仿真建模差异分析 机电暂态仿真基于工频正弦波的假设条件，系统由三相网络经过线性变换为相互解耦的正、负、零序网络分别计算，系统变量采用基波相量表示，系统元件模型采用相量方程线性表示。电磁暂态仿真在建模过程中，采用ABC三相瞬时值表示，其元件模型采用网络中广泛存在的电容、电感等元件构成微分方程或偏微分方程描述。典型元件的建模方法对比如表1所示。 表1 机电和电磁暂态模型对比 Tab.1 The comparison of electromechanical and electromagnetic transient model 电感 电容 输电线路 集中参数或T等值电路 考虑分布参数的贝杰龙模型 变压器 集中参数或等值电路 考虑磁路饱和特性，理想或者非理想变压器 负荷 ZIP模型 考虑电压和频率变化对负荷的影响 发电机 认为超瞬变过程主要取决于绕组D和Q，瞬变过程